Beispiele aus der bisherigen Forschung der Partner
1. Elektrochemische Energiespeicher
Die vollständige Kette vom Basismaterial bis zum kompletten Batteriesystem wird in den Zentren KIT, FZJ, DLR, HZB und HZDR abgebildet. Dies beinhaltet die Modellierung, das Material und die Zellcharakterisierung sowie in operando Methoden, Elektrodenbeschichtung und Zellfertigung, Batterie- und Thermomanagement und Systemintegration, wie etwa am Solarstromspeicherpark des KIT. Die vertiefende Materialforschung stellt dabei die Grundlage für kosteneffiziente großformatige Batteriezellen mit größerer spezifischer Energie- und Leistungsdichte sowie verbesserter Zuverlässigkeit und Sicherheit dar.
[note Das HZB beteiligt sich am Thema Batterien und elektrochemische Speicher, in dem elektrochemische Speicherlösungen bis zur Anwendungsreife weiterentwickelt werden. Dabei geht es sowohl um stationäre als auch mobile Energiespeicher. Im Fokus stehen Batteriesysteme wie Lithium-Ionen-Batterien, aber auch neue Konzepte, die noch nicht anwendungsreif sind, zum Beispiel Lithium-Schwefel-Batterie-Systeme, die als zukunftsträchtige Technologien gelten. Bislang liegt die beobachtete Leistungsfähigkeit jedoch noch weit unter den theoretisch erreichbaren Werten, auch ist die Zahl der Ladezyklen zu gering und Alterungseffekte erst wenig erforscht.]
2. Elektrolyse und Wasserstoff
Für eine sichere und effiziente Nutzung von Wasserstoff als Energieträger ist es zwingend notwendig, die Konstruktion, die Komplexität und die Dynamik von innovativen Systemen zu untersuchen. Die Helmholtz-Zentren DLR, FZJ und KIT bringen hierfür deutschlandweit die bedeutendste und umfangreichste Expertise bei der Elektrolysetechnologie und Wasserstoffsicherheit mit. Hierbei steht etwa mit dem Hydrogen Test Center (HYKA) eine einzigartige Versuchseinrichtung für Wasserstoff-Sicherheitsversuche im Industriemaßstab zur Verfügung.
3. Synthetische Kohlenwasserstoffe
Power-to-Gas-Technologien ermöglichen es, nachhaltige Treibstoffe mit hoher Energiedichte aus überschüssigen, erneuerbaren Energien herzustellen. Um bedeutende Speichertechnologien von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien für dezentrale Anwendungen am KIT zu entwickeln, werden neuartige Prozesskonzepte, Systemkomponenten und Katalysatoren für hochdynamischen Betrieb im Bereich der synthetischen Kohlenwasserstoffe untersucht. Ziel sind modulare, flexible und vor allem dezentral einsetzbare Systeme.
4. Brennstoffzellen
Die Erreichung einer anwendungsspezifischen Lebensdauer bei Brennstoffzellen steht im Fokus der Forschung bei FZJ und DLR. Bei den Brennstoffzellen-Typen SOFC und DMFC konnten durch den Einsatz funktionsoptimierter Materialien und industrierelevanter Fertigungsprozesse Lebensdauern erzielt werden, die für den Markteinsatz geeignet sind. Bei PEMFC wird außerdem verstärkt die Reduktion des Edelmetallgehaltes in den Zellen untersucht.
5. Thermische Energiespeicher
Die thermochemische Speicherung von Wärme auf einem Temperaturniveau von 500 °C konnte erstmals in einem Maßstab von 10 kW mit gelöschtem Kalk nachgewiesen werden. Die dafür zu entwickelnden innovativen thermischen Energiespeichersysteme beim DLR vereinen das Potenzial sehr hoher Speicherdichten mit einer hervorragenden Kosteneffizienz.
6. Netze und Speicherintegration
Die gewaltigen Veränderungen im Rahmen der Energiewende erfordern neue, verteilte und autonome Netzwerkstrukturen ebenso wie eine effiziente Integration von heterogenen Energiespeichersystemen. Auch neue Technologien wie supraleitende Kabel oder Wasserstoffpipelines sollen betrachtet werden. Das Energy Lab 2.0 als integrierte Technologie- und Systemplattform vom KIT, DLR und FZJ widmet sich der Erforschung und experimenteller Erprobung neuer Ansätze und leistungsfähiger Werkzeuge für die Stabilisierung der Energienetze der Zukunft ermöglichen („Smart Energy System“).
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